Microbial quality of hemp (Cannabis sativa L.) and flax (Linum usitatissimum L.) from plants to thermal insulation

Flax and hemp have traditionally been used mainly for textiles, but recently interest has also been focused on non-textile applications. Microbial quality throughout the whole processing chain of bast fibres has not previously been studied. This study concentrates on the microbial quality and possible microbial risks in the production chain of hemp and flax fibres and fibrous thermal insulations. In order to be able to utilize hemp and flax fibres, the bast fibres must be separated from the rest of the plant. Non-cellulosic components can be removed with various pretreatment processes, which are associated with a certain risk of microbial contamination. In this study enzymatic retting and steam explosion (STEX) were examined as pretreatment processes. On the basis of the results obtained in this study, the microbial contents on stalks of both plants studied increased at the end of the growing season and during the winter. However, by processing and mechanical separation it is possible to produce fibres containing less moulds and bacteria than the whole stem. Enzymatic treatment encouraged the growth of moulds in fibres. Steam explosion reduced the amount of moulds in fibres. Dry thermal treatment used in this study did not markedly reduce the amount of microbes. In this project an emission measurement chamber was developed which was suitable for measurements of emissions from both mat type and loose fill type insulations, and capable of interdisciplinary sampling. In this study, the highest amounts of fungal emissions were in the range of 10^3 10^5 cfu/m^3 from the flax and hemp insulations at 90% RH of air. The fungal emissions from stone wool, glass wool and recycled paper insulations were below 10^2 cfu/m^3 even at 90% RH. Equally low values were obtained from bast fibrous materials in lower humidities (at 30% and 80% RH of air). After drying of moulded insulations at 30% RH, the amounts of emitted moulds were in all cases higher compared to the emissions at 90% RH before drying. The most common fungi in bast fibres were Penicillium and Rhizopus. The widest variety of different fungi was in the untreated hemp and linseed fibres and in the commercial loose-fill flax insulation. Penicillium, Rhizopus and Paecilomyces were the most tolerant to steam explosion. According to the literature, the most common fungi in building materials and indoor air are Penicillium, Aspergillus and Cladosporium, which were all found in some of the bast fibre materials in this study. As organic materials, hemp and flax fibres contain high levels of nutrients for microbial growth. The amount of microbes can be controlled and somewhat decreased by the processing methods presented.

Hamppua ja pellavaa on perinteisesti käytetty tekstiilien valmistukseen. Nykyään niinikuitukasvien käyttökohteet ovat laajentuneet, ja kuituja käytetään esimerkiksi komposiittien ja lämmöneristeiden valmistuksessa. Koko kasvikuitujen tuotantoketjun kattavaa mikrobiologisen laadun seurantaa ei ole aikaisemmin esitetty. Tässä tutkimuksessa selvitettiin hamppu- ja pellavakuitujen tuotantoprosessin mikrobiologista laatua sekä siihen liittyviä mahdollisia mikrobiologisia vaaroja. Jotta hamppu- ja pellavakuituja voidaan teollisesti hyödyntää, ne pitää ensin irrottaa korresta. Tämä on perinteisesti tehty erilaisilla liotusmenetelmillä, joihin usein liittyy mikrobiologisen kontaminoitumisen riski. Tässä tutkimuksessa selvitettiin entsyymiliotusta sekä höyryräjäytystä kuitujen irrotus- ja esikäsittelyinä. Tämän tutkimusten perusteella hamppu- ja pellavakorsien mikrobimäärä nousi kasvukauden loppua kohti sekä kevätkorjuumenetelmissä talven aikana. Kuitujakeessa mikrobipitoisuus kuitenkin oli pienempi kuin kokonaisessa korressa. Entsyymiliotus lisäsi kuitujen homepitoisuutta, eli sillä oli heikentävä vaikutus mikrobiologiseen laatuun. Höyryräjäytys alensi kuitujen homepitoisuutta, eli se saattaisi olla toimiva esikäsittely tilanteissa, joissa kuitujen mikrobipitoisuutta halutaan alentaa. Teollista kuumennuskäsittelyä simuloivalla kuivalla lämpökäsittelyllä ei ollut merkittävää vaikutusta kuitujen mikrobipitoisuuteen. Tutkimusprojektin aikana kehitettiin yhteistyönä emissiokammio, jolla pystytään tutkimaan sekä levymäisistä että puhallusvillatyyppisistä lämmöneristeistä ilmaan irtoavia fysikaalisia, kemiallisia ja mikrobiologisia emissioita. Kun ilmankosteus oli 30% tai 80%, kaikkien tutkittujen eristemateriaalien home-emissiot olivat suhteellisen alhaisia. Suurimmat home-emissiot irtosivat kammion ilmaan hamppu- ja pellavaeristeistä suhteellisen ilmankosteuden ollessa 90%. Lasi- ja kivivilla- sekä selluvillaeristeiden home-emissiot pysyivät alhaisella tasolla myös korkeammassa ilmankosteudessa. Kun homehtunut eristenäyte kuivattiin kammiossa, siitä ilmaan irtoavien home-emissioiden määrä kasvoi. Yleisimmät homesuvut kuitunäytteissä olivat Penicillium ja Rhizopus. Eniten eri homesukuja löydettiin käsittelemättömistä hamppu- ja pellavakuiduista sekä kaupallisesta puhalluspellavaeristeestä. Höyryräjäytyksen jälkeen kuiduissa oli merkittävästi vähemmän eri homesukuja kuin ennen käsittelyä. Orgaanisena materiaalina hamppu ja pellava sisältävät runsaasti ravinteita. Kuitujen käytön kannalta on hyödyksi, että tietyillä esikäsittelyillä voidaan vähentää kuitujen ja eristeiden mikrobimäärää.